Large-scale dynamics of winds originated from black hole accretion flows: (II) Magnetohydrodynamics
来自黑洞吸积盘的风是理解超大质量黑洞和它的宿主星系之间共同演化的基本成分。从小尺度吸积盘模拟到大尺度或宇宙学模拟的动力学范围的巨大差异为追踪风运动学设置了障碍。在本系列的第一篇论文中，我们在流体动力学框架下研究了从吸积盘外缘到星系尺度的盘风动力学。本文采用一维磁流体动力学（MHD）模型，进一步引入磁场来理解风动力学，并设置热吸积流的边界条件。极向磁场的几何形状被规定为与旋转轴成角度$θ=45^\circ$的直线，并且强度满足无发散条件。风的解决方案是通过要求气体顺利通过慢速，Alfvén和快速磁声点来实现的。物理量被发现显示幂律依赖于圆柱半径$R$超过快磁声点，其中$ρ\propto R^{-2}, v_{\rm p}\propto {\rm const.}, v_{\rm ϕ}\propto R^{-1}, B_{\rm ϕ}\propto R^{-1},$和$ β\propto ρ^{γ-1}$。风的磁化强度在决定风的特性方面起主导作用。与流体动力学情况相比，在强磁化（$v_{\rm Ap0}>1$）下，风被加速到更大的终端速度，其中磁压梯度占主导地位，离心势转换为动能。还讨论了风的物理量与磁化强度、温度、磁力线角速度和绝热指数的关系。
2020-02-15 astro-ph.HE
Winds and feedback from supermassive black holes accreting at low rates: Hydrodynamical treatment
由超大质量黑洞（SMBH）产生的外流可以在其宿主星系中产生重要的反馈效应。一个尚未解决的问题是来自低光度活动星系核（LLAGN）中低速吸积的SMBH风的性质和特性。我们进行了二维数值，流体动力学模拟的辐射低效吸积流到非旋转黑洞。我们探讨了多样性的初始条件的旋转曲线和粘性剪切应力处方，并发展了我们的模型非常长的持续时间高达$8 \times 10^5 GM/c^3$。我们的模型产生了强大的亚相对论，热驱动风起源于距离$10-100 GM/c^2$从SMBH的吸积流的日冕。风的速度达到$0.01 c$，动能相当于大距离流入气体的静止质量能量的0.1-1%，与活动星系核反馈的“无线电模式”模型吻合得很好。我们模拟的流出物的性质与对LLAGN所在的静止星系中的风的观测结果基本一致，LLAGN能够加热周围的气体并抑制恒星的形成。
2020-01-28 astro-ph.HE
Unified properties of supermassive black hole winds in radio-quiet and radio-loud AGN
本文通过对射电宁静与射电噪AGN样本的统一分析，发现超大质量黑洞风由相同机制产生且不遵循射电响度二分法，其功率约占爱丁顿光度3%，并揭示其与吸积盘风和喷流加速机制之间的潜在关联。
2024-06-29 astro-ph.HE
Signatures of winds and jets in the environment of supermassive black holes
事件视界望远镜合作组织（EHTC）首次展示了M87和Sgr A * 中黑洞阴影的动态范围有限图像。下一代事件视界望远镜（ngEHT）将提供更高的灵敏度和更高的动态范围的图像（和电影），这两个来源加上图像至少十几个其他$\leq$ 100引力半径分辨率。在这里，我们进行了探索性的研究，风和喷流的外观在这样的未来观测。为了做到这一点，我们使用M87和Sgr A * 作为参考系：我们的目标不是精确地再现它们，而是确定它们的观测图像将如何取决于特定的物理假设。即使在类似或相同的动力学的情况下，图像显着依赖于全球参数，如黑洞质量和质量吸积率。我们的研究结果为解释未来的高分辨率图像提供了指导，特别是如果检测到风或射流。
2023-03-12 astro-ph.HE
Long-term evolution of a merger-remnant neutron star in general relativistic magnetohydrodynamics I: Effect of magnetic winding
在完全广义相对论下，对由中子星合并形成的大质量中子星进行了长期的理想和电阻磁流体动力学（MHD）模拟。中微子辐射输运效应考虑在我们以前的文件。模拟是在轴对称和不考虑发电机的影响作为第一步。在理想的磁流体力学中，残余中子星的差速旋转在种子极向场存在的情况下通过绕组放大磁场强度，直到电磁能量达到中子星的旋转动能$E_{\rm kin}$的$\sim 10\%$。达到最大电磁能量的时间尺度取决于初始磁场强度，对于初始最大磁场强度为$\sim 10^{15}$ G的情况，时间尺度为$\sim 1$ s。在通过绕组显著放大磁场强度之后，磁制动将初始差动旋转状态强制为近似刚性旋转状态。在存在电阻率的情况下，放大仅在电阻时间尺度内继续，并且如果达到的最大电磁能量小于$E_{\rm kin}$的$\sim 3\%$，则近似地保持初始差分旋转状态。在本上下文中，合并后的质量喷射主要是由中微子照射/加热和磁绕组效应引起的质量喷射只起次要作用。
2021-02-02 astro-ph.HE
Disk-jet-wind coupling from stellar mass to supermassive black holes
Durham University（杜伦大学）；University of Tokyo（东京大学）
研究恒星质量到超大质量黑洞的盘-喷流-风耦合，通过光谱转变和喷流功率关系揭示黑洞自转对射电-X射线比的影响。
2026-01-26 astro-ph.HE
Three-Dimensional Magnetohydrodynamic Simulations of the Crab Nebula
在本文中，我们给出了第一个3D相对论磁流体动力学（MHD）模拟脉冲星风星云（PWN）的详细说明，最适合的蟹状星云的参数。为了阐明3D模型特有的新功能，还进行了参考2D模拟。与以前的二维模拟相比，我们认为脉冲星风具有更强的磁化强度，高达σ=3，并更准确地解释了这些风的条纹区中的预期磁耗散。虽然三维模型保留了分离后终止激波流到赤道和极地组件，其相对强度和意义不同。而高度磁化的2D模型产生高度相干和良好准直的极性射流能够有效地“钻孔”通过超新星壳，在相应的3D模型的射流被破坏的扭结模式电流驱动的不稳定性和“溶解”到PWN的主体后，传播几个冲击半径。我们的研究结果表明，相反的期望的基础上的一维解析和半解析模型，我们的数值解与高度磁化脉冲星风仍然产生终止冲击的半径从观测中推导出的。我们提出了偏振同步辐射地图构建的三维模拟，显示与哈勃和钱德拉观察到的形态特征的财富，可以很好地再现与3D-MHD模型。
2013-10-09 astro-ph.HE
The optically thick rotating magnetic wind from a massive white dwarf merger product -- II. axisymmetric magnetohydrodynamic simulations
本文通过轴对称磁流体动力学模拟构建大质量白矮星并合遗迹的旋转磁风模型，揭示准周期质量抛射和自旋减慢力矩标度关系，为解释 WD J005311 的观测特征提供理论依据。
2023-10-31 astro-ph.HE
Diffusion in Pulsar Wind Nebulae: An Investigation using Magnetohydrodynamic and Particle Transport Models
我们使用三维MHD（详见Porth et al.（2014））和测试粒子模拟以及Fokker-Planck粒子输运模型研究了脉冲星风星云（PWN）中高能粒子的输运。后者包括辐射和绝热损失，扩散和平流的模拟MHD星云的背景流。通过结合这些模型，对G21.5-0.9、船帆座内部区域和3C 58三个星云的X射线同步辐射通量和光子指数的空间演化进行了模拟，从而导出了控制参数：磁场强度、平均流速和空间扩散系数。为了比较，星云也是用半分析的Kennel & Coroniti（1984）模型模拟的，但Porth等人（2014）的模型通常能更好地拟合观测数据。我们发现，在湍流星云（下游的终止冲击波）的高速波动引起有效的扩散传输的粒子，与平均Péclet数接近统一，表明平流和扩散在粒子传输中起着重要的作用。我们发现，$\sim2\times 10^{27} (L_{\rm s}/0.42\rm Ly) cm^{2}s^{-1}$级的扩散输运系数（$L_{\rm s}$是终止激波的大小）是独立的能量达到极端粒子洛伦兹因子的$γ_{p}\sim10^{10}$。
2016-04-12 astro-ph.HE
Three-dimensional simulation of the fast solar wind driven by compressible magnetohydrodynamic turbulence
利用三维可压缩磁流体动力学（MHD）模拟，我们再现了快速太阳风在一个直接和自洽的方式，基于波/湍流驱动的情况下。作为阿尔文扰动在其底部的自然结果，高度压缩和湍流波动产生，导致加热和加速的太阳风。功率谱和结构函数的分析表明，湍流的特点是它的不平衡（在向外阿尔芬波动的意义上）和各向异性的性质。密度波动起源于向外传播的阿尔芬波的参数衰减不稳定性，并在触发湍流的阿尔芬波反射中起着重要作用。我们的结论是，快速太阳风加热和加速的可压缩MHD湍流驱动的参数衰减不稳定性和合成阿尔芬波反射。
2019-07-19 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Do Stellar Winds Prevent the Formation of Supermassive Stars by Accretion?
超大质量恒星（SMS;~ 10^5 M_sun）在早期宇宙中由不含金属的气体形成，作为在高红移处观察到的超大质量黑洞的祖先而引起人们的注意。为了通过吸积形成SMSs，中心原恒星必须以~ 0.1-1 Msun/yr的高速率吸积。此类原恒星具有非常延伸的结构，具有臃肿的外壳，就像超巨星一样，被称为超巨星原恒星（SGPS）。在流体静力平衡的假设下，SGPS具有密度反转层，在那里，光度在表面附近变得局部超爱丁顿。然而，如果允许包层物质流出，恒星风可能会在达到超大质量状态之前发射并阻碍SGPS的吸积增长。我们研究辐射驱动的风是否从SGPS发射通过构建稳定和球对称风的解决方案。我们发现，在任何情况下，风速都不会达到逃逸速度。这是因为一旦温度降到~ 10^4 K以下，由于氢的复合，不透明度急剧下降，加速突然停止。这表明，在现实的非定常情况下，即使流出从表面发起的SGPS，他们会再次回落。这样的“风”不会导致净质量损失，也不会阻止SGPS的生长。总之，只要维持快速吸积，SGPS将成长为SMS，并最终坍缩为~ 10^5 M_sun的大质量BH。
2016-11-29 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Compact stellar systems hosting an intermediate mass black hole: magnetohydrodynamic study of inflow-outflow dynamics
针对致密沃尔夫-拉叶星团中中等质量黑洞吸积动力学不明的问题，通过三维磁流体模拟发现星风碰撞导致吸积率被大幅抑制、黑洞辐射被掩盖，解释了这类黑洞难探测的原因并提供观测指导。
2025-10-24 astro-ph.HE
Rayleigh-Taylor instability in Magnetohydrodynamic Simulations of the Crab Nebula
本文讨论了脉冲星风星云（PWN）轴对称模拟中瑞利-泰勒细丝的发展。高分辨率的自适应网格细化磁流体动力学（MHD）模拟来解决的非线性演化的不稳定性。星云中的湍流和丝状体的分级生长是丝状体典型分离的媒介。在最近的全球三维模拟PWN中发现的强磁耗散和场随机化表明，磁张力不足以抑制RT细丝的生长，与蟹状星云中突出细丝的观察结果一致。这里给出的长期轴对称结果证实了这一发现。
2014-05-21 astro-ph.HE
General relativistic magnetohydrodynamical simulations of the jet in M87
黑洞、吸积盘和射电喷流之间的联系可以通过拟合模型来最好地约束，以观测附近的低光度星系核，特别是研究得很好的源Sgr~A* 和M87。利用吸积的超大质量黑洞耦合相对论等离子体喷流模拟活动星系核的中心引擎已经取得了相当大的进展。然而，一个单一的模型能适用于一系列的黑洞质量和吸积率吗？在这里，我们想比较最新的三维数值模型，最初是为银河系中心的Sgr A* 开发的，与M87中更强大、更大质量的黑洞的射电观测结果。我们使用相对论辐射转移和射线追踪来产生模型光谱和图像，对旋转黑洞周围的射流产生辐射低效吸积流的三维GRMHD模型进行后处理。作为这些模型的一个关键的新成分，我们允许在这些模拟中的质子-电子耦合取决于等离子体的磁性。我们发现M87的射电辐射可以用双温吸积流和热单温喷流的组合来描述。该模型符合M87射电核心的基本观测特征。最佳拟合模型的质量吸积速率Mdot约为9 × 10 ^{-3} MSUN/YR，总喷流功率P_j为\sim 10^{43} erg/s。1.3mm的发射是由靠近事件视界的反喷流产生的。它围绕着黑洞阴影的特征性新月形状可以通过未来的毫米波VLBI实验来解决。通过对质量和吸积率进行适当的标度，成功地导出了银河系中心超大质量黑洞的模型。这表明，该模型也可能适用于更大范围的低光度黑洞。
2016-04-29 astro-ph.HE
Magnetohydrodynamic Simulations of Active Galactic Nucleus Disks and Jets
有一个广泛的共识，即吸积到超大质量黑洞和随之而来的喷流形成的动力观测到的活动星系核（AGN）的发射。然而，关于喷流如何在吸积流中形成，它们与黑洞自旋的可能关系，以及它们如何与周围介质相互作用，人们的共识较少。在理论上，人们也对标准吸积盘模型的不稳定性以及与观测约束的持续差异表示担忧。尽管标准的吸积盘模型在X射线双星中的应用似乎很成功，但它面临着越来越多的观测约束，这对它在活动星系核中的应用提出了挑战。由于这些流动的动力学性质以及流体力学、磁场、辐射传输和弯曲时空之间的复杂相互作用，对这些问题的理论探索越来越依赖于数值模拟。我们得出以下结论：广义相对论磁流体力学（MHD）模拟的出现极大地提高了我们对喷流产生及其对黑洞自旋依赖性的理解。模拟结果表明，吸积盘和喷流都对穿过吸积流的磁通量以及吸积流角动量与黑洞自旋之间可能存在的不重合很敏感。辐射MHD模拟提供了新的见解发光吸积流的稳定性和突出的辐射粘性，紫外线不透明度的原子，和螺旋密度波在AGN的潜在重要性。
2021-01-21 astro-ph.HE
Bright vigorous winds as signposts of supermassive black hole birth
超大质量黑洞的形成仍然是一个悬而未决的问题。在类星假设中，黑洞种子经历了最初的超级爱丁顿增长，在不到一百万年的时间里，可能会在$z \sim 20-10$的原星系中心留下一个$10^4-10^5$ M $_{\odot}$黑洞。然而，超级爱丁顿吸积可能伴随着剧烈的质量损失，这可能会限制到达黑洞的质量。在本文中，我们批判性地评估了辐射驱动风的影响，从黑洞吸积的大质量信封的表面发射。求解全风方程与流体静力学结构的信封，我们发现质量外流率之间的几十个和$10^4$ M $_{\odot}$年$^{-1}$，主要由对流光度内流出。因此，我们证实了Dotan，Rossi & Sznov（2011）的说法，即质量损失会严重影响准恒星内黑洞种子的早期生长。特别地，具有质量$>10^4$ M $_{\odot}$的种子只能在质量储存器$ \gtrsim 10^7$ M $_{\odot}$内形成，除非它们以巨大的速率重新填充（$ \gtrsim 100$ M $_{\odot}$ yr $^{-1}$）。这可能意味着只有在这些红移的非常大质量的晕（$>10^9$ M $_{\odot}$）才能拥有大质量的种子。与先前的说法相反，这些风预计是相对明亮的（$10^{44}-10^{47}$ erg s $^{-1}$），蓝色（$T_{\rm eff} \sim 8000$ K）物体，虽然避开了哈勃太空…
2015-09-24 astro-ph.CO astro-ph.HE
Two-temperature, Magnetically Arrested Disc simulations of the jet from the supermassive black hole in M87
我们提出了两个温度，辐射广义相对论磁流体动力学模拟磁制动盘（MAD），推出强大的相对论射流。我们的模拟的质量吸积率的缩放，以匹配周围的超大质量黑洞在M87吸积流的光度。我们考虑了两种电子加热的次网格方法：一种基于朗道阻尼湍流级联，另一种基于反相对论磁重联加热。模拟产生的喷流的功率为M87的观测值的顺序。这两个模拟产生的光谱都与M87在射电、毫米和亚毫米波段的观测结果一致。此外，在15 GHz和86 GHz之间的频率在两个模型中预测的图像核心移位与观测结果一致。在43和86 GHz，这两个模拟产生的大开角射流与VLBI图像一致。这两个模型都产生了230 GHz的图像，其中有明显的黑洞阴影，这些阴影可以被事件视界望远镜（EHT）解析，尽管在17度的视角下，230 GHz的图像太大，无法与2009年和2012年的EHT观测相匹配。来自模拟的230 GHz图像在几个月到几年的时间尺度上是动态的，这表明重复的EHT观测可能能够检测到事件视界处旋转磁场的运动。
2019-04-09 astro-ph.HE
Line-driven disc wind in near-Eddington active galactic nuclei: decrease of mass accretion rate due to powerful outflow
根据最近的X射线观测，来自超大质量黑洞的超快速流出物预计将有足够的能量对其宿主星系产生巨大影响，但其发射和加速机制尚未得到很好的理解。我们进行二维辐射流体动力学模拟紫外线驱动的盘风，以计算在这些模型中的质量损失率和动能。我们开发了一种新的迭代技术，减少了通过内盘的风质量损失的质量吸积率。这使得内部圆盘的紫外线亮度较低，与先前假设半径恒定的吸积率的模拟相比，风力减少。在我们的模拟中，线驱动风仍然非常强大，对于质量$10^8-$ $10^{10}\, M_\odot$在$L/L_{\rm Edd}=0.5-$ $0.9$处吸积的黑洞，大约有一半的质量吸积率被喷射到风中。我们的结果为基于线驱动盘风物理模型估算超大质量黑洞的增长率和估算向星际介质喷射的动能（活动星系核反馈）开辟了途径.
2020-04-02 astro-ph.HE
The X-ray Lightcurve of the Supermassive star eta Carinae, 1996--2014
船底座η星是最接近的超大质量、超亮、不稳定恒星的例子。该系统的质量损失对形成其环星介质和决定其最终命运至关重要。Eta Car目前通过密集，缓慢的恒星风失去质量，并拥有已知的最大质量损失率之一。它很容易通过一些尚未确定的原因爆发的极端物质喷射事件;这方面最好的例子是发生在19世纪的大规模喷发。埃塔车是一个碰撞的风双星，其中X射线发射和其他波段的强烈变化是由埃塔车-A的风和一个隐藏的伴星的快速，密度较低的风的剧烈碰撞驱动的。X射线变化是我们研究风-风碰撞的最简单的诊断方法，并使我们能够测量两颗恒星的恒星质量损失状态。我们提出了X射线光变曲线在过去20年的ROSAT观测和监测与罗西X射线定时探测器和X射线望远镜的雨燕卫星。我们比较和对比了该系统在该时间段内的X射线发射行为，包括2014年X射线最小值期间令人惊讶的变化。
2015-07-28 astro-ph.HE astro-ph.SR
Jet formation in post-AGB binaries: Confronting cold magnetohydrodynamic disc wind wind models with observations
本文用冷自相似MHD盘风模型拟合五个后AGB双星的喷流观测，约束吸积盘参数，发现可解释多数Balmer alpha特征但仍有系统差异。
2024-06-18 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Wind-fed Supermassive Black Hole Accretion in the Ultracompact Dwarf Galaxy M60-UCD1
School of Astronomy and Space Science, Nanjing University（南京大学天文与空间科学学院）；Key Laboratory of Modern Astronomy and Astrophysics (Nanjing University), Ministry of Education（南京大学现代天文与天体物理教育部重点实验室）；Institute of Science and Technology for Deep Space Exploration, Suzhou Campus, Nanjing University（南京大学苏州校区深空探测研究院）
研究通过模拟发现M60-UCD1的X射线辐射源于由恒星风驱动的弱吸积超大质量黑洞。
2026-01-14 astro-ph.GA astro-ph.HE
General Relativistic Simulations of Magnetized Plasmas around Merging Supermassive Black Holes
合并中的超大质量黑洞双星是由星系合并产生的，是空间引力观测站可以获得的最强大的引力波源。一些这样的合并可能发生在物质和磁场存在的情况下，因此产生电磁对应物。在这封信中，我们提出了第一个广义相对论模拟合并超大质量黑洞周围的磁化等离子体使用广义相对论磁流体动力学代码威士忌。通过考虑不同的磁场强度，从非磁为主的磁为主的制度，我们探讨了磁场如何影响等离子体的动力学和可能的电磁信号的发射。特别是，我们观察到，在双星系统的吸积作用下，磁场的总放大率约为2个数量级，这导致了更强的电磁信号，比在无力状态下进行的类似计算大10^4倍以上，在无力状态下，这种放大是不可能的。
2012-05-15 astro-ph.HE gr-qc
Supermassive Black Holes: modelling strongly and weakly magnetised misaligned accretion disks
Jeremiah Horrocks Institute, University of Lancashire（兰开夏大学杰里迈亚·霍罗克斯研究所）；Black Hole Initiative at Harvard University（哈佛大学黑洞倡议）
通过GRMHD模拟研究不同初始错位角和磁场配置下的吸积盘，发现磁抑制盘（MAD）状态可使盘在极端错位下与黑洞对齐，而弱磁场盘保持错位且最大倾斜角约50°。
2026-05-26 astro-ph.HE
Observing supermassive black holes in virtual reality
我们提供了一个完整的360度（即，4 $π$球面度）吸积超大质量黑洞的广义相对论射线追踪和辐射转移计算。我们进行国家的最先进的三维广义相对论磁流体动力学模拟使用BHAC代码，随后后处理这些数据与辐射转移代码RAPTOR。所有的相对论和广义相对论效应，如多普勒增强和引力红移，以及由于局部引力场和观测者的位置和运动状态的变化而引起的几何效应，因此都是自洽计算的。在四个天文相关的观测频率的合成图像是从一个观察者的角度产生的，在吸积流内有一个完整的360度的视图，谁是平流流，因为它的演变。作为一个例子，我们根据最近对人马座A* 观测的最佳拟合模型计算了图像。这些图像结合起来，生成一个完整的360度虚拟现实电影的周围环境的黑洞和它的事件视界。我们的方法还能够计算吸积流中给定流体元素处接收到的局部光度，提供了重要的应用，例如，黑洞吸积流的辐射反馈计算除了科学应用之外，我们呈现的360度虚拟现实电影也代表了一种新的媒介，通过它可以向更广泛的观众传达黑洞物理学，作为一种强大的教育工具。
2018-11-20 astro-ph.HE
Accretion from Winds of Red Giant Branch Stars May Reveal the Supermassive Black Hole in Leo I
最近通过动力学测量在矮星系狮子座I的中心发现了一个$\sim 3\times 10^6 \, \rm M_\odot$的超大质量黑洞。这个SMBH比标准的比例关系高出$\sim 2$几个数量级，它所在的星系没有气体，在最后一个$\sim 1$ Gyr中也没有显著的恒星形成。这一发现可能会深刻影响黑洞及其宿主的形成模型。我们建议，风从人口的$\sim 100$演化恒星的SMBH的邦迪半径内产生一个相当大的吸积率，与爱丁顿比之间的$9\times10^{-8}$和$9\times10^{-7}$，取决于恒星质量损失的值。这些速率是典型的SMBHs吸积在对流为主的吸积流（ADAF）模式。预测的微波光谱峰值位于$\sim 0.1-1$ THz（$300-3000 \, \mathrm{μm}$），并且根据吸积率的不同，在较高能量下表现出显着变化。我们预测的无线电流量$\sim 0.1$ mJy在$6$ GHz，轻度依赖于吸积属性。钱德拉，VLA和ALMA的深度成像可以确认这种SMBH的存在并限制其吸积流。
2022-10-31 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Synchrotron polarization signatures of surface waves in supermassive black hole jets
本文通过全局GRMHD模拟磁捕获盘，发现黑洞附近持续发射的波在喷流与风的剪切层传播并改变磁场结构，偏振辐射转移计算表明这些波会降低偏振度，其特征有望被下一代事件视界望远镜观测。
2023-10-24 astro-ph.HE
Accretion onto supermassive black hole binaries
本章综述了吸积大质量黑洞双星（MBHBs）的物理，重点介绍了广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟的最新进展，并分析了环绕双星盘、迷你盘、外流、磁场及电磁特征等关键方面，总结了不同数值方法的优缺点及已建立的可靠知识。
2024-05-23 astro-ph.HE gr-qc
General Relativistic Radiation Magnetohydrodynamic Simulations of Thin Magnetically Arrested Disks
Novikov和Thorne（NT）的经典的相对论薄盘理论预测，对于围绕最大自旋黑洞（BH）的光学厚的、辐射有效的吸积盘，最大吸积效率为40%。然而，当一个强磁场被引入薄磁盘的数值模拟，观察到的效率大的偏差，部分原因是由于质量和能量所携带的喷气机和风发射的磁盘或BH自旋。吸积的总效率可以显着提高超过NT的预测，但它仍然不清楚如何影响辐射分量。为了研究动力学相关的大尺度磁场对辐射有效吸积的影响，我们利用HARMRAD程序对高径比为$H/R~0.1$的圆盘围绕中等自旋BH（a=0.5）进行了三维广义相对论辐射磁流体动力学（GRRMHD）模拟.我们的模拟是完全全球性的，使我们能够测量喷气，风和磁制动盘（MAD）的辐射特性，该磁制动盘通过使用M1闭合方案的辐射自洽能量传输保持薄。我们的基准盘是MAD的半径为~16R_g，吸积流的总效率为~ 13%，其中大部分是由磁驱动风携带的。我们发现，辐射效率略有抑制NT相比，相反，先前的MAD GRMHD模拟与特设冷却功能，但目前还不清楚有多少的辐射和热能被困在外流最终可以逃脱。
2018-07-31 astro-ph.HE
Supermassive Black Hole Winds in X-rays: SUBWAYS V. Properties of hot coronae in quasars at intermediate redshift
INAF – Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna (OAS)（意大利国家天体物理研究所博洛尼亚天文物理与空间科学观测站）；Dipartimento di Fisica e Astronomia (DIFA), Università di Bologna（博洛尼亚大学物理与天文学系）；European Southern Observatory (ESO)（欧洲南方天文台）；Centro de Astrobiología (CAB), CSIC-INTA（西班牙国家科学技术研究委员会-国家航空航天技术研究所天体生物学中心）；Dipartimento di Matematica e Fisica, Università degli Studi Roma Tre（罗马第三大学数学与物理系）；Dep. of Physics and Astronomy, Clemson University（克莱姆森大学物理与天文学系）
本文研究了23个中间红移类星体的X射线冠状体特性，发现高能截止值与吸积率呈反相关，支持冠状体冷却增强的假说。
2026-03-18 astro-ph.HE
Relativistic wind from a magnetic monopole rotator
一颗旋转的恒星有一个旋转的（或分裂的）磁场，给出了旋转驱动的恒星风的最简单的原型模型。来自致密天体的风，特别是中子星，携带着强大的磁场和适度的等离子体负载，并发展出超相对论速度。我们研究了从恒星表面稠密的引力束缚大气中发射的相对论风。我们首先研究问题的分析，然后进行全球动力学等离子体模拟。我们的研究结果表明，如何风加速机制的变化，从离心（磁流体动力学）静电（电荷分离）取决于参数的问题。这两个制度给风不同的角分布和不同的标度与磁化参数。
2021-09-08 astro-ph.HE
A magnetohydrodynamic model for multi-wavelength flares from Sagittarius~A$^\star$ (I): model and the near-infrared and X-ray flares
我们银河系中的超大质量黑洞人马座~A $^\star$（Sgr A $^\star$）的耀斑在过去十年左右被定期观测到。尽管有许多观测和理论上的努力，这种耀斑的性质仍然知之甚少，虽然一些现象学的方案已经提出。在这项工作中，我们将Yuan等人（2009）的方案发展为Sgr A $^\star$耀斑的磁流体动力学（MHD）模型。该模型与太阳物理学中太阳耀斑和日冕物质抛射理论类似。在该模型中，磁场环出现从吸积流到Sgr A $^\star$和扭曲，形成磁通绳，因为剪切和湍流。在这个过程中，磁能也被积累，直到达到阈值。然后，在电流片中的磁重联的帮助下，这导致通量绳的灾难性演变。在这个灾难性的过程中，磁能被部分转换为非热电子的能量。定量计算了耀斑区磁绳的高度、大小、速度、磁场的动力学演化以及相对论电子的能量分布。我们进一步计算了这些电子的同步辐射，并将得到的光变曲线与观测值进行了比较。结果表明，该模型能够合理地解释近红外和X射线耀斑的主要观测结果，包括它们的光变曲线和光谱。它也可以解释射电耀斑光变曲线中频率依赖的时间延迟。
2017-03-15 astro-ph.HE
Ratio of kinetic luminosity of the jet to bolometric luminosity of the disk at the "cold" accretion onto a supermassive black hole
吸积到黑洞上的盘伴随着准直流出（喷流）。在活动星系核（AGN）中，喷流的动能通量可能超过盘的热光度几个数量级。当活动星系核的唯一能量来源是吸积时释放的能量时，这种现象可以用所谓的“冷”盘吸积的框架来解释。来自圆盘的辐射被抑制，因为来自圆盘的风几乎带走了吸积物质的所有角动量和引力能。本文在Shakura \& Sunyaev的光学厚α盘范式框架下，计算了超大质量黑洞周围“冷”盘不可避免的辐射以及流出的动能光度与吸积盘的热光度之比.光度的比值主要由圆盘内部的磁场压力与风底部的磁场压力的比值来定义。将所得方程应用于M87喷流，结果与观测值吻合较好。在Sgr A* 的情况下，这些方程使我们能够预测银河系SMBH周围圆盘的动能通量。
2018-06-25 astro-ph.HE
Emission Signatures from Sub-parsec Binary Supermassive Black Holes II: Effect of Accretion Disk Wind on Broad Emission Lines
提出了一个改进的半解析模型，用于计算环双星盘中亚秒差距超大质量黑洞双星的宽光发射线特征。第二代模式通过考虑辐射驱动的吸积盘风对发射线廓线性质的影响，改进了对辐射转移的处理。对4250万个模拟发射线剖面的分析表明，在第一代模型中确定的剖面属性和SBHB参数之间的相关性得到了保留，这表明它们的诊断能力没有减弱。轮廓形状是一个更敏感的措施的二进制轨道分离和对齐程度的黑洞迷你磁盘，并不敏感的SBHB质量比和轨道偏心率。我们还发现，模型化的轮廓形状是更兼容的SBHB候选人比我们的控制样本的定期活动星系核观察到的样本。此外，如果观测到的SBHB样本是由真正的双星组成的，它必须包括具有可比质量的紧凑系统和未对准的迷你磁盘。我们注意到，本文中描述的模型可以用来解释所观察到的发射线配置文件，一旦确认SBHB的样本是可用的，但不能用来证明所观察到的SBHB候选人是真正的二进制文件。
2018-11-14 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Relativistic Jets and Winds in Radio-Identified Supermassive Black Hole Binary Candidates
该研究提出了一种可推广的喷流模型，解释了超大质量黑洞双星候选体的喷流和光变现象，并预测了射电偏振、成像和发射线变化，以指导未来的观测研究。
2025-11-25 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Observations of "wisps" in magnetohydrodynamic simulations of the Crab Nebula
在这封信中，我们描述了新的高分辨率轴对称相对论MHD模拟脉冲星风星云的结果。模拟结果表明，赤道对称性和高度可变的结构脉冲星风终止冲击强烈的故障。合成的同步辐射图，使用一种新的更精确的方法构建，显示出与钱德拉和哈勃太空望远镜获得的蟹状星云的著名图像惊人的相似性。除了喷流环的结构，这些地图再现了蟹状星云著名的移动小束，其速度和产生率与观测结果一致。然后，使用各种统计方法，包括结构函数和小波变换的方法进行分析的变异性。结果表明，在1.5- 3 yr尺度下，湍流具有准周期性，而在1 yr尺度下，湍流具有MHD特性。本研究的完整报告将在后续文件中介绍。
2009-08-14 astro-ph.GA astro-ph.HE
Disks Around Merging Binary Black Holes: From GW150914 to Supermassive Black Holes
我们在完全广义相对论下对质量比为36：29的非自旋黑洞双星进行了磁流体动力学模拟。我们调查不同的磁盘模型，不同的规模高度，总尺寸和磁场量化的鲁棒性，以前的模拟初始磁盘模型。将我们的模拟缩放到LIGO GW 150914，我们发现这样的系统可以解释可能的引力波和电磁对应物，例如在GW 150915结束后0.4秒报告的费米GBM硬X射线信号。将我们的模拟缩放到超大质量二元黑洞，我们发现，可观察到的流动特性，如吸积率周期性，整个螺旋，合并和合并后，磁盘温度，热频率的出现，以及合并和喷气流出之间的时间延迟，我们在早期的研究报告显示只有适度的依赖于我们在这里考虑的初始磁盘模型。
2018-02-24 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Kinetic magnetohydrodynamics and Landau fluid closure in relativity
Princeton University（普林斯顿大学）；Institute for Advanced Study（高等研究院）
本文提出一种相对论框架下的弱碰撞等离子体模型，通过推导漂移动能方程，引入新的兰道流体闭合方法，以捕捉相对论等离子体的各向异性热流。
2026-04-06 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
Binary Mergers near a Supermassive Black Hole: Relativistic Effects in Triples
研究了在等级三元系统中自旋超大质量黑洞对并合黑洞双星的轨道和自旋演化的广义相对论效应。一个足够倾斜的外轨道可以激发BHB的Lidov-Kozai偏心率振荡，并导致其合并。这些GR效应在BHB轨道和自旋上产生额外的进动，显着增加了合并的倾斜窗口，并在BHB进入LIGO波段时产生广泛的自旋取向。这种“GR增强”通道可能在BHB合并中发挥重要作用。
2019-09-06 astro-ph.HE gr-qc
Supermassive black holes and their surroundings: MeV signatures
本文探讨 MeV 能段在揭示超大质量黑洞周围辐射机制中的关键作用，涵盖费米气泡、活动星系核高能中微子起源及耀变体辐射机制等开放问题。
2025-07-01 astro-ph.CO astro-ph.HE
Wind-fed Supermassive Black Hole Accretion by the Nuclear Star Cluster: the Case of M31*
本研究利用三维流体动力学模拟探讨M31*超大质量黑洞由周围核星团恒星风馈送的机制，成功重现其极低吸积率与X射线光度，为休眠黑洞运作提供新见解。
2025-07-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
Exact nonlinear solutions for three-dimensional Alfvén-wave packets in relativistic magnetohydrodynamics
当局部流体静止坐标系（$b$）中的总磁场强度为常数时，大振幅、非平面Alfvén波（AW）包是相对论MHD方程的非线性精确解.我们推导了脉动速度分量与磁场分量之间的解析表达式。我们还表明，这些常数- $b$ AWs在相对论Alfvén速度下无畸变地传播，并且永远不会变陡成激波。这些发现和观测到的丰富的大振幅，恒定的$b$ AWs在太阳风表明，这种波可能存在于相对论外流周围紧凑的天体物理对象。
2021-06-01 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Supermassive Black Hole Winds in X-rays: SUBWAYS IV. Tracing Radio Emission and Unveiling the Role of Winds
Università di Bologna（博洛尼亚大学）；INAF - Istituto di Radioastronomia（意大利国家天体物理研究所射电天文台）；INAF – Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali（意大利国家天体物理研究所天体物理学和行星科学研究所）；INAF - Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna（意大利国家天体物理研究所博洛尼亚天体物理学与空间科学观测站）；ASTRON, the Netherlands Institute for Radio Astronomy（荷兰射电天文研究所）；Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen（格罗宁根大学卡普坦天文研究所）；Technion（以色列理工学院）；Tor Vergata Universi（托尔维尔加塔大学）
本文通过多波段研究21个X射线选源AGN，探讨超快速喷流（UFOs）与无线电发射的关系，发现80%的源存在喷流或弱喷流，UFOs宿主具有较大的无线电扩展和陡峭的无线电光谱，可能与风驱动冲击模型相关。
2026-07-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Physics of Accretion Discs, Winds And Jets in Tidal Disruption Events
吸积到黑洞上是将气体质能转化为辐射、风和喷流等能量输出的有效机制。潮汐破裂事件，其中恒星被潮汐撕裂，然后吸积到超大质量黑洞，提供了独特的机会，研究吸积物理学，以及风和喷流发射物理在不同的吸积制度。在这篇综述中，我们系统地描述和讨论了模型，已开发的研究吸积流和射流在潮汐中断事件。这些物理学的良好知识不仅需要了解所观察到的事件的排放，但也是至关重要的探测黑洞周围的广义相对论时空和超大质量黑洞的人口通过潮汐扰动事件。
2021-01-13 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Recoil geometry determines electromagnetic counterparts from supermassive black hole merger remnants
Princeton University（普林斯顿大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
研究探讨反冲几何对超大质量黑洞合并后电磁信号的影响，通过相对论磁流体力学模拟揭示不同反冲方向下的喷流和盘行为差异，为多信使观测提供理论支持。
2026-03-27 astro-ph.HE gr-qc
Coincident Multimessenger Bursts from Eccentric Supermassive Binary Black Holes
本研究通过完整广义相对论磁流体动力学模拟，揭示 e=0.3 偏心超大质量双黑洞的吸积、喷流电磁辐射与引力波爆发的周期性重合特征。
2025-05-12 astro-ph.HE gr-qc
Hall-magnetohydrodynamic simulations of X-ray photoevaporative protoplanetary disc winds
本研究结合非理想磁流体动力学效应与热化学，通过含霍尔效应的二维MHD模拟探究X射线光蒸发原行星盘风，明确了磁场对质量损失率的影响条件与作用机制。
2023-10-03 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Supermassive Black Hole Winds in X-rays -- SUBWAYS. I. Ultra-fast outflows in QSOs beyond the local Universe
本文对中等红移（$0.1 \lesssim z \lesssim 0.4$）的$22$发光（$2\times10^{45}\lesssim L_{\rm bol}\rm /erg\,s^{-1} \lesssim 2\times10^{46}$）活动星系核（AGN）进行了新的X射线光谱研究，该活动星系核是由类星体（QSO）和1，1型活动星系核组成的x射线AYS（SUBWAYS）样品中的超大质量黑洞风的一部分.其中，在2019- 2020年期间使用\textit{XMM-Newton}观察到17个目标，其余5个来自先前的观察。这一大型活动（$1.45\,\rm Ms$持续时间）的目的是研究活动星系核中超大质量黑洞驱动的X射线中风的各种表现。在本文中，我们专注于搜索和表征的超快外流（UFO），这是典型的通过蓝移吸收槽在Fe\，K波段（$E>7\,\rm keV$）检测。通过遵循Monte Carlo程序，我们确认检测到对应于高度电离铁的吸收线（例如，Fe\，\textsc{xxv} \，H $α$，Fe\，\textsc{xxvi} \，Ly $α$）在$\gtrsim95\%$置信水平下（对于每个单独的线）在7/22个来源中。样本中此类吸收特征的全局组合概率为$>99.9\%$。SUBWAYS活动比以前使用\xmm和\suzaku观测获得的Seyferts的本地研究更高的光度和红移。…
2022-12-06 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Non-thermal emissions from a head-tail radio galaxy in 3D magnetohydrodynamic simulations
本文通过三维磁流体动力学模拟研究头尾射电星系的非热辐射，发现宇宙线再加速对解释其射电性质至关重要，并探讨了同步加速器细丝的形成与长期稳定性。
2023-05-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Supermassive Black Hole Winds in X-rays -- SUBWAYS. III. A population study on ultra-fast outflows
本研究基于SUBWAYS项目对22个射电宁静类星体及文献样本进行统计，发现高光度且X射线/紫外比陡的AGN更易出现超快外流，且外流特征支持多种发射机制，UFO现象可能为瞬态。
2024-04-11 astro-ph.GA astro-ph.HE
Supermassive Black Hole Winds in X-rays: SUBWAYS. II. HST UV spectroscopy of winds at intermediate redshifts
本文介绍了用HST观测的21个活动星系核（AGN）电离外流的紫外光谱研究。选择SUBWAYS样本的目标是为了探测高红移的本地Seyfert星系和发光类星体之间未被探测的活动星系核的参数空间。我们的目标，跨越0.1 - 0.4的红移和10^45 - 10^46 erg/s的测热光度（L_bol），已被观察到一个大的多波长活动。在这里，我们模拟紫外光谱，并寻找不同类型的活动星系核外流。我们发现，我们的目标的60%显示出外流H I吸收的存在，而40%的表现出电离流出被视为由C IV，N V，或O VI吸收。这是可比的发生电离外流看到当地塞弗特星系。样品中的所有紫外吸收线都相对较窄，流出速度高达-3300 km/s。我们没有检测到任何与X射线超快外流（UFO）对应的紫外线，很可能是由于它们的电离程度太高。然而，所有的地铁目标与X射线不明飞行物证明存在的紫外线外流在较低的速度。我们发现活动星系核的L_bol与紫外离子的柱密度（N）之间存在显著的相关性，H_I的N随L_bol的增加而减少，而O_VI的N随L_bol的增加而增加。这很可能是光电离效应，当AGN的光度越高，风的电离程度越高，中性或低电离离子的吸收就越少，而高电离离子的吸收就越多。此外，我们发现，N的UV离子的流出速度增加而减少。这可以通过抽空UV吸收介质的机械动力来解释。我们观察到的关系是一致的多相活动星系核喂养和反馈模拟表明，辐…
2022-12-06 astro-ph.GA astro-ph.HE
Stellar-wind Fueled Accretion onto Sagittarius A* in the Presence of a Nuclear Star Cluster
Northwestern University（西北大学）；Institute for Advanced Study（高等研究院）；Canadian Institute for Theoretical Astrophysics（加拿大理论天体物理研究所）；University of Maryland（马里兰大学）
研究探讨了核星团对恒星风吸积Sgr A*的影响，发现引力势能影响可忽略，验证了现有模拟结果。
2026-01-14 astro-ph.GA astro-ph.HE
The merger of spinning, accreting supermassive black hole binaries
研究通过数值模拟揭示了自旋并合吸积超大质量黑洞双星在并合过程中的多信使辐射特性，发现热光子与喷流辐射在时间上的关联性及并合后光变曲线特征。
2025-12-03 astro-ph.HE gr-qc physics.comp-ph
Full Transport General Relativistic Radiation Magnetohydrodynamics for Nucleosynthesis in Collapsars
我们用全输运、频率依赖、广义相对论辐射磁流体力学模型模拟了一个致密黑洞-吸积盘系统。我们研究是否风从一个星盘可以进行快速中子捕获（r-过程）核合成，并显着贡献太阳r-过程丰度。我们发现，准确的运输列入外流有显着的影响，提高电子分数以上$Y_{\rm e} \sim 0.3$，并防止第三峰r-过程材料被合成。我们分析了时间演化的中微子过程和电子分数的磁盘，并提出了一个简单的一维模型出现的垂直结构。我们比较我们的模拟半分析的期望，并认为，准确的中微子运输和现实的初始和边界条件，需要捕捉的动力学和核合成的结果的一个星。
2020-09-02 astro-ph.HE gr-qc
Plasmoid identification and statistics in two-dimensional Harris sheet and GRMHD simulations
本研究开发了一种结合分水岭与闭合轮廓的等离子体团识别算法，应用于黑洞吸积盘和Harris片层模拟，发现等离子体团尺寸呈幂律分布，且电阻性模拟中发生率更高，形成率与磁通量减少正相关。
2023-11-14 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
